汪正綱

摘要：海道測(cè)量廣泛服務(wù)于海上運(yùn)輸、港口建設(shè)、安全管理等領(lǐng)域，是牽涉部門多、涉及范圍廣和實(shí)施復(fù)雜的一項(xiàng)工程。為了有組織、有序、安全及保證質(zhì)量地進(jìn)行海道測(cè)量，探討需要做好哪些步驟，通過(guò)程序控制保證海道測(cè)量按期完成，縮短測(cè)量周期，規(guī)避重測(cè)、漏測(cè)和錯(cuò)測(cè)以保證測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、真實(shí)、完整，有利于后期工作的開展。

關(guān)鍵詞：海道測(cè)量；測(cè)深布線；傳感器系數(shù)校正；數(shù)據(jù)采集

中圖分類號(hào)x8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)2095-6363（2016）06-0138-02

1.概述

1）海道測(cè)量意義。海道測(cè)量就是對(duì)海底與海岸進(jìn)行測(cè)量，包括水深與地形。測(cè)量結(jié)果應(yīng)用廣泛，主要是港口建設(shè)，特別是航道的開挖。通過(guò)跟安全航行相關(guān)的海底地形、應(yīng)急掃測(cè)及航行障礙等海道測(cè)量的開展，提供水文氣象、助導(dǎo)航設(shè)施、圖書資料，甚至是為當(dāng)?shù)卮髷?shù)據(jù)時(shí)代提供地理數(shù)據(jù)庫(kù)。

2）海道測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。海道測(cè)量的精度必須滿足相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或特定測(cè)量項(xiàng)目的精度要求。國(guó)際上權(quán)威和通行的測(cè)深精度標(biāo)準(zhǔn)是IHO制定的IHO S-445th Edition。IHO還對(duì)所測(cè)水深數(shù)據(jù)的傳輸、使用和存儲(chǔ)制定了《數(shù)字海道測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)》（857）、《電子海圖顯示及信息系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)》（852）、《數(shù)據(jù)保護(hù)方案》（863）、《ENC產(chǎn)品規(guī)范》（S101）等。國(guó)內(nèi)水深測(cè)量的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主要有《海道測(cè)量規(guī)范GBl2327 1998））、《海洋工程地形測(cè)量規(guī)范GBl7501 1998}以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范JTSl31-2012））。

IHO S-44 5th Edition是國(guó)際通用的海道測(cè)量規(guī)范，主要用于海道測(cè)量、航道測(cè)量。規(guī)范沒(méi)有對(duì)作業(yè)過(guò)程做具體技術(shù)規(guī)定，只是在原則上、宏觀上對(duì)測(cè)量工作做出要求。我國(guó)的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)一般與IHO的要求一致，但我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)有較明確的強(qiáng)制性和可操作性，因此，測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)同其他工程標(biāo)準(zhǔn)一樣規(guī)定的較詳細(xì)。

2.海道測(cè)量方法

水深測(cè)量最原始的技術(shù)就是距今已有2000年歷史的測(cè)深桿和測(cè)深錘，其僅適用于淺水水域。1918年法國(guó)物理學(xué)家P·郎之萬(wàn)利用聲波在水中傳播的特性發(fā)明了回聲測(cè)深儀。測(cè)深技術(shù)由點(diǎn)測(cè)量進(jìn)步到線測(cè)量，大大提高了測(cè)深速度和精確度。多波束回聲測(cè)深儀結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，使面測(cè)量技術(shù)得到全新發(fā)展。

1）海道測(cè)量方法。單波束根據(jù)聲波在船底與海底之間來(lái)回時(shí)間求得水深。單波束屬于“點(diǎn)”狀測(cè)量，其測(cè)深技術(shù)已經(jīng)非常成熟，按指示形式可以分為模擬記錄式和數(shù)字顯示式兩種。

多波束測(cè)深原理是利用發(fā)射的指向性和接收的指向性正交，獲取垂直于航向的兩組換能器陣正交的矩陣，該矩陣內(nèi)窄波束一次可以得到上百個(gè)測(cè)深點(diǎn)。當(dāng)測(cè)量船航向穩(wěn)定、航速夠快時(shí)就可以快速地測(cè)定沿航向一定寬度內(nèi)的水深點(diǎn)。由于是面的測(cè)量，因此可以體現(xiàn)出水下目標(biāo)特征，從而實(shí)現(xiàn)海底地形的面測(cè)量。

激光測(cè)深系統(tǒng)是根據(jù)不同色光穿透海水的能力不同，進(jìn)而獲取時(shí)間差求得水深。這可以利用飛行器探測(cè)，所以速度快、面積廣是它的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是淺水區(qū)域不適合使用。

無(wú)人水下航行器（Unmanned Undersea Vehicle，UUV）是一種新生事物，主要是由母體（艦船）攜帶至探測(cè)區(qū)域，根據(jù)軟件設(shè)定的程序工作。通過(guò)自主航行收集或測(cè)量數(shù)據(jù)并傳回母體，也可以暫時(shí)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)等返航后再下載數(shù)據(jù)。UUV無(wú)人水下航行器可根據(jù)需要裝載多種傳感器和側(cè)掃聲納等探測(cè)設(shè)備，擅長(zhǎng)在深海較短距離內(nèi)定點(diǎn)查找及分辨目標(biāo)。

2）海道測(cè)量外界影響因素。影響海道測(cè)量的主要因素有海道所處位置的地貌、水文和氣象條件。海道測(cè)量不同于陸上測(cè)量，海上測(cè)量的對(duì)象是海洋，由于水體自身特性，增加了海測(cè)難度。海底地貌有不可視性，必須加密測(cè)量，這大大增加時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。海上測(cè)量是動(dòng)態(tài)的，必須用不同的儀器同步觀測(cè)四維坐標(biāo)。又由于受潮汐、海流和溫度等影響，觀測(cè)精度無(wú)法達(dá)到陸地測(cè)量的精度水平。因此，海上測(cè)量測(cè)繪周期短、成果更新快、資料實(shí)效性要求強(qiáng)，使得海上測(cè)量在儀器、方法上有更高、更嚴(yán)格的要求。測(cè)深儀對(duì)海水鹽度和溫度等的變化很敏感，直接影響測(cè)量精度。選擇有利的測(cè)量時(shí)間，海上測(cè)量極易受天氣的影響，要及時(shí)跟蹤氣象動(dòng)態(tài)，避免數(shù)據(jù)質(zhì)量降低，特別是當(dāng)測(cè)量船處于泡旋、順流、回流、翻水花的海況時(shí)。

3.海道測(cè)量的測(cè)深線

海道測(cè)量時(shí)，測(cè)量船舶是按照既定的航線前進(jìn)進(jìn)而測(cè)量水深，該航線就是測(cè)深線。測(cè)深線確定的依據(jù)是海道測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)深線方向和測(cè)深線間隔是測(cè)深線2大要素。

首先確定測(cè)深線的走向。一般根據(jù)工程性質(zhì)進(jìn)行選擇，比如航道測(cè)量可以依據(jù)航道軸線方向?yàn)闇y(cè)深線方向布設(shè)；若以海底形狀為目的的測(cè)量可以依據(jù)等深線方向布設(shè)；若是測(cè)礙航物則可以順潮流的方向。測(cè)深線布設(shè)完還應(yīng)該設(shè)置檢查線，檢查線一般垂直測(cè)深線方向即可。其次確定測(cè)深線的間距。在海道測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)要求全覆蓋的前提下，測(cè)深線的間距取決于多波束的覆蓋寬度。另外根據(jù)海底性質(zhì)和測(cè)量需求確定兩條測(cè)深線之間的重疊度確立測(cè)深線的間隔距離。

4.海道測(cè)量的準(zhǔn)備工作

1）收集資料與勘探測(cè)區(qū)。測(cè)量設(shè)計(jì)必須先收集資料，主要收集測(cè)區(qū)控制成果、水文氣象和已有海圖資料等。主要是弄清楚水流、風(fēng)影響，來(lái)往船只干擾、障礙物分布等。這些工作是觀測(cè)布置和觀測(cè)進(jìn)行的主要依據(jù)，直接關(guān)系采用方法是否合理，測(cè)量結(jié)果是否與實(shí)際情況吻合。

2）校正傳感器。對(duì)于固定安裝在測(cè)量船上的測(cè)定與校準(zhǔn)的周期一般為一年，對(duì)于非固定安裝的一般每個(gè)工地施測(cè)前后應(yīng)進(jìn)行測(cè)定與校準(zhǔn)。具體各傳感器安裝測(cè)試要根據(jù)系統(tǒng)隨機(jī)技術(shù)手冊(cè)進(jìn)行。

3）潮汐改正及試驗(yàn)。海道測(cè)量是基于深度基準(zhǔn)面到海底的水深，而實(shí)際測(cè)量時(shí)受海洋潮汐影響，測(cè)得數(shù)據(jù)是當(dāng)時(shí)實(shí)際水深，應(yīng)對(duì)當(dāng)時(shí)潮汐進(jìn)行改正，把測(cè)深數(shù)據(jù)換算成深度基準(zhǔn)面為基準(zhǔn)的水深數(shù)據(jù)。海道測(cè)量前還要進(jìn)行海上試驗(yàn)。

5.海道測(cè)量的施工程序

1）編制計(jì)劃，配置人員。假如施測(cè)前不做周密的工作計(jì)劃，必然雜亂無(wú)序，將會(huì)出現(xiàn)重測(cè)、漏測(cè)、錯(cuò)測(cè)等現(xiàn)象，勢(shì)必造成工期延誤、數(shù)據(jù)失真等后果。制定一個(gè)周密、可行的測(cè)量計(jì)劃可以保證航道測(cè)量工作快速開展，各部門配合密切，使完成的任務(wù)保質(zhì)保量。制定計(jì)劃要依靠群眾、深入調(diào)查、收集資料、充分討論。通過(guò)科學(xué)分工、互相配合、做到方便于工作，利于資料完整；2）聲速剖面和吃水測(cè)量。聲速剖面在使用前、后都需要測(cè)定一次。當(dāng)發(fā)現(xiàn)聲速剖面有明顯變化時(shí)，則需要增加次數(shù)測(cè)定聲速。多波束換能器的靜態(tài)吃水是否精確，直接關(guān)系水位改正，最終影響測(cè)量水深值的可靠性；3）海況監(jiān)測(cè)。海況的惡劣必定產(chǎn)生噪音，噪音必將影響聲速剖面，從而影響測(cè)量數(shù)據(jù)質(zhì)量。大風(fēng)浪時(shí)不但產(chǎn)生很大噪音，而且使船舶發(fā)生劇烈搖晃，從而使得回波摻雜很多噪音或者接收不到，這時(shí)候應(yīng)停止測(cè)量作業(yè)。當(dāng)測(cè)區(qū)流速大于3m/s時(shí)，采集數(shù)據(jù)應(yīng)逆流航行。為了保證采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量，測(cè)區(qū)范圍里最好清爽，沒(méi)有船只過(guò)往，若有不要在船只的后面測(cè)量。測(cè)量時(shí)最好是平靜海面，泡沫、回轉(zhuǎn)流、翻水花都會(huì)影響數(shù)據(jù)質(zhì)量；4）監(jiān)視采集數(shù)據(jù)過(guò)程。第一保證作業(yè)資料齊全，使用的軟件為業(yè)務(wù)主管部門批準(zhǔn)的軟件，不同類型的接收機(jī)的記錄數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換成同一格式；第二認(rèn)真檢查設(shè)備，查看設(shè)備工作是否正常，正確定義測(cè)量船坐標(biāo)系，查看設(shè)置的參數(shù)是否正確，以及正確導(dǎo)入設(shè)備安裝偏移量；第三保證導(dǎo)入文件正確。工作中要保證系統(tǒng)各相關(guān)設(shè)備工作正常，嚴(yán)格監(jiān)視各窗口數(shù)據(jù)質(zhì)量。對(duì)于數(shù)據(jù)不足、觀測(cè)時(shí)間不夠或數(shù)據(jù)質(zhì)量低于規(guī)范要求的要及時(shí)重測(cè)，對(duì)于未測(cè)或漏測(cè)部分要及時(shí)補(bǔ)測(cè)。整個(gè)測(cè)量過(guò)程必須按規(guī)范要求填寫外業(yè)觀測(cè)記錄簿及其他記錄，包括自然環(huán)境因素的變化情況。整個(gè)測(cè)量過(guò)程中必須嚴(yán)格按照布設(shè)的測(cè)線行駛，不可用大舵角做大幅度轉(zhuǎn)向；5）內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。海道測(cè)量結(jié)果存在系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。采集測(cè)深數(shù)據(jù)時(shí)存在各種各樣的干擾以及噪聲影響，產(chǎn)生多種測(cè)深誤差，使得測(cè)深數(shù)據(jù)的可靠性、準(zhǔn)確性大大降低。盡可能減小或消除測(cè)深誤差，有利于提高測(cè)深精度。處理數(shù)據(jù)編輯時(shí)要客觀，對(duì)待采集的數(shù)據(jù)實(shí)事求是，避免主觀想當(dāng)然。水深異常的數(shù)據(jù)要謹(jǐn)慎對(duì)待，有條件或有必要時(shí)應(yīng)補(bǔ)測(cè)、重測(cè)，并對(duì)其處理結(jié)果必須記錄，利于查證。

6.工作總結(jié)

所有工作完成后必須有一個(gè)總結(jié)，既是對(duì)本次任務(wù)的再次確認(rèn)，也是為下次測(cè)量提供章法。首先查看實(shí)施方案是否符合規(guī)范和技術(shù)設(shè)計(jì)要求，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是否達(dá)到要求，處理的項(xiàng)目是否齊全，起算數(shù)據(jù)是否正確，數(shù)據(jù)處理軟件是否符合要求；其次檢查聯(lián)測(cè)方法、完成的各級(jí)點(diǎn)數(shù)與補(bǔ)測(cè)、重測(cè)情況，數(shù)據(jù)分析，誤差來(lái)源分析以及存在問(wèn)題的說(shuō)明，最終形成成果評(píng)定和使用建議。

工作總結(jié)實(shí)際是為了提高航道測(cè)量精度，盡可能消除或縮小測(cè)量方法、測(cè)量?jī)x器及安裝帶來(lái)的誤差影響。海道測(cè)量步驟的設(shè)計(jì)是保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性，是一個(gè)監(jiān)測(cè)和管理的過(guò)程。特別是測(cè)量數(shù)據(jù)的處理，直接影響后期施工或海圖制作等。